全面解析手机电池使用和充电的疑问

篇头:
现在的手机电池就是一个手雷, 其差别就在于两点
1. 当量不同, 手机电池爆炸威力0.5m左右,手雷源源不止这个范围
2. 手机锂离子电池爆炸的触发机关不可控. 且设有多级保护确保最大可能不发生意外. 
   而手雷的触发是可控的.
以上对比纯属本人调侃, 但是绝不是胡说八道
锂离子电池的安全性能确实日益受到人们的关注, 锂离子电池的安全界限, 且听本人慢慢道来.

危险等级图:

电压区域划分:

1.正常使用区3.0~4.20(±0.04V)内.锂离子电池可以正常发挥其特性,也没有危险.

2.高压警戒区4.24~4.35V.虽然这个区域处于保护线路的保护范围之内,并不意味着此时锂离子电池也是安全的.长期处于这种程度的过充,会很快的降低电池的循环寿命.
　　
据我测试,将新锂离子电池充电到4.3V使用可以比充电到4.2V的锂离子电池提高15%左右的容量,但是在50次循环以后,其容量衰减到原来的80%,寿命整整缩短了10倍.这种低度过充的锂离子电池往往在几十次循环以后就会产生发鼓等变形.
　　
3.低压警戒区2.3V~3.0V.处于该区域的锂离子电池不适合快速充电,要先用小电流将电池电压提升到3.0V以上才可以快速充电.否则容易导致锂离子极性材料发生不良反应,影响电池性能.而这个电压的锂离子电池也非常容易因为电池本身的自耗和锂离子保护线路的自耗很快的掉近低压危险区.那就危险了.而且这个自耗是保护线路无法保护的.
　　
4.低压危险区0~2.3V,长期处于低压危险区的锂离子电池,性能将近一步恶化.
在低电压(小于2V)或更低的电压情况下,正极材料的钴锂酸(又称尖晶石)晶格发生变化,其晶体机构会以枝晶形式生产.这种枝晶发展长大的话会戳穿正负极的隔膜,导致电池微短路.进一步恶化电池的性能.甚至导致电池发生膨胀,彻底报废.
　　
5.高压危险区4.35V以上.此时保护线路已经失效,或者根本没有保护线路.在这个区域的锂离子电池(特别是4.8V以上),锂离子内部会发生剧烈的不可逆反应,产生强大的热量,导致电池内压上升,使电芯变形,不同于低度过充,这种变化是一次性的,即一次高度过充就可以造成电池发鼓.甚至爆炸.


保护等级划分:
一级保护: 受手机中充电管理电路的保护, 即正常使用和充电的时候, 均不会超出这个范围. 
          -充电的时候, 电池最高电压不会超过4.20V
          -使用的时候, 电压在3.60V左右, 手机即提示低电量告警, 3.3V左右自行关机.

二级保护: 受电池pack中保护电路的保护, 通常情况下不会触发这个二级保护, 在二级保护情况下, 电芯的安全是可以保证的, 但是性能不一定能够得到保证(见高压警戒区解释)
          通常在如下情况下会触发二级保护:
          -强行用导线短路电池正负极触点-->触发短路保护
          -强行用电阻对电池正负极放电->触发过放电保护, 2.30V后对外输出为0V, 内部电芯还有2.30V
          -电池放在手机中长时间不用, 电池被缓慢放电到2.30V-->触发过放电保护
          -使用不合格的充电器, 使电池电池超过4.35V-->触发过充保护, 电压超过4.35V后无法对其继续充电
          -负载不当,或者手机电路出现故障, 大电流放电-->触发过流保护, 电流超过3~5A后切断电路

三级保护: 内置在电池pack中, 通常是一个PTC(热敏可恢复保险丝)或者双金属片. 工作原理就是当电池的温度超过一定值后, 保险丝工作, 切断回路.  
          三级保护只有在如下情况下才会触发.
          -二级保护失效, 手机的充电管理也失效.
          -电池过充到一定程度, 负极析出过量金属锂, 导致其与电解液反应, 形成大量热量. 使电池温度上升. 
          三级保护能在上述热反应失控前, 切断充电回路, 终止过充的源头,使热反应得到缓解.

四级保护: 图中没有标示, 严格意义上也称不上保护 通常在锂离子电芯的金属壳上会设计一段泄压阀(类似于高压锅的泄压阀), 当电芯内部压力过大鼓起后, 能优先在泄压阀处冲破金属壳施放内部的高温气体. 即提前泻压, 将伤害降到最低.

A处 45度细线即为泄压阀
B为过充测试后, 电池膨胀, 但是没有爆炸, 也没有泻压. 可以看到泄压阀基本处于欲破的状态
C过充后电池爆炸了(爆炸威力还不算大, 这多亏了泄压阀提前打开), 留得了电池的全尸. 如果没有泄压阀设计, 基本上是四分五裂了.


纠正误区:
误区1
说: 充电的时候因为锂离子电池带有保护电路, 充电到保护电压后, 保护电路动作会切断充电电流, 完成充电过程.
纠正: 正常充电受手机充电管理电路控制, 不会触发保护电路. 充电管理电路和保护电路处于不同的等级上.
      保护电路不能实现充电管理功能.
见充电管理拓扑图: 充电管理即PMIC 处于充电器和电池之间. 而虚线的保护电路仅仅起到保护作用.




误区2
说:  电池最好用光了冲, 才能保证电池的寿命.
纠正: 在正常使用范围内(绿色范围内), 无论何时充电, 电池寿命都不会有太大差异. 所以不必纠结于一定要用光了充电.
[......]


全面解析手机电池使用和充电的疑问 结束。